JP2007265993A - Led照明装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】湿気の多い空間や場所に適したLED照明装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】LED照明装置は、基板と、基板上に実装される少なくとも1つの発光ダイオードと、発光ダイオードの外側に形成された防湿性被覆層とを含む。また、LED照明装置の製造方法は、基板上に少なくとも1つの発光ダイオードを実装する段階と、発光ダイオードの外側に防湿性被覆層を形成する段階とを含む。
【選択図】図2
【解決手段】LED照明装置は、基板と、基板上に実装される少なくとも1つの発光ダイオードと、発光ダイオードの外側に形成された防湿性被覆層とを含む。また、LED照明装置の製造方法は、基板上に少なくとも1つの発光ダイオードを実装する段階と、発光ダイオードの外側に防湿性被覆層を形成する段階とを含む。
【選択図】図2
Description
本発明は、LED照明装置およびその製造方法に関するものである。
一般に、照明装置は、公園、道路、建築物の壁面、柱などに設けられ、その周辺空間に光を照明する装置である。
冷蔵庫、食器洗浄器などの機器の内部に設けられる照明装置は、内部が非常に暗い状態であるため、使用者が物品を入れたり取り出す度にオンにされて内部空間に光を照らさなければならない。
一般に、冷蔵庫などの空間にはフィラメント式電球が主に使われている。このようなフィラメント式電球を使用する冷蔵庫の照明装置には、次のような問題がある。
第1に、フィラメント式電球の寿命は短く、頻繁に交換しなければならないという面倒さと、消費電力が大きいという問題点がある。
第2に、フィラメント式電球の発光時に、電球自体で相当な熱が発生する。このような熱は冷蔵庫に収納される物品に影響を与えうるので、電球と収納物品との間に離隔空間が必要である。
第3に、フィラメント式電球に形成された金属部位が冷蔵庫の内部の冷たい空気、湿気、水気などに露出するので、金属が腐食されて電気的短絡または断線が発生することがある。また、加熱された電球の表面と内部の水気との接触によりフィラメント式電球が破壊される問題も発生する。
このようなフィラメント式電球の問題によって、冷蔵庫内部のように湿気の多い空間に設けることができる照明装置に対する研究が行われている。
本発明は、湿気の多い空間や場所に適したLED照明装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、発光ダイオードの電気的な実装領域に防湿性被覆層が形成されたLED照明装置およびその製造方法を提供することにある。
本発明のLED照明装置は、基板と、基板上に実装される少なくとも1つの発光ダイオードと、発光ダイオードの外側に形成された防湿性被覆層とを含む。
本発明のLED照明装置の製造方法は、基板上に少なくとも1つの発光ダイオードを実装する段階と、発光ダイオードの外側に防湿性被覆層を形成する段階とを含む。
本発明のLED照明装置によれば、冷蔵庫、食器洗浄器、地下施設物、医療用器具保管箱、カミソリ保管箱のように、湿気が多くて密閉された場所や空間の内部構造物に設けられ、広い指向角を有して光を照射することになるので、明るさの偏差が少なく、視覚的刺激を与えずに照明できるという利点がある。
また、放熱を速くすることができるので、少ない消費電力で高い光効率が得られる利点がある。
また、照明装置の金属腐食および電気的な短絡などを防止して、湿気、冷気の多い場所や機器の内部でも安定的に使用することができるという効果があり、長い寿命と低消費電力を有するLEDを用いるので、照明製品の信頼性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係るLED照明装置およびその製造方法に対し、添付の図面を参照して次の通り説明する。
本発明の実施形態に係るLED照明装置は、湿気が多くて密閉された空間などに設けられるものであって、冷蔵庫、食器洗浄器などの機器の内部や、地下道、地下鉄、下水道、トンネル、マンホール、地下駐車場などの地下構造物に設けることができる。
図1は、実施形態に係る照明装置が設けられた冷蔵庫を示す断面図である。
図1を参照すれば、一般に、冷蔵庫100は、内部空間として冷凍室110と冷蔵室120を備え、冷凍室110と冷蔵室120は冷却装置により設定された低温状態を維持することになる。
冷凍室110および冷蔵室120の内部には多数個の照明装置111、112、113、114、115が設けられ、冷凍室ドア130の開閉によって冷凍室の内部の照明装置111、112がオン/オフされ、冷蔵室ドア131の開閉によって冷蔵室の内部の照明装置113、114、115がオン/オフされる。
照明装置111、112、113、114、115は、発光ダイオード(Light Emitting Diode;以下、LEDという)で具現される。このようなLEDは、GaN、GaAsなどの化合物または蛍光体を添加した半導体素子であって、白色、緑色、青色および紫外線領域までの光を生成することができる。
上記のようなLEDを用いた照明装置の好ましい実施形態を参照して説明すれば、次の通りである。
(第1実施形態)
図2乃至図5は、本発明の第1実施形態である。図2はLED照明装置を示す平面図であり、図3は図2の部分側断面図であり、図4はLEDの断面図であり、図5は照明装置が構造物に設けられた断面図である。
図2乃至図5は、本発明の第1実施形態である。図2はLED照明装置を示す平面図であり、図3は図2の部分側断面図であり、図4はLEDの断面図であり、図5は照明装置が構造物に設けられた断面図である。
図2を参照すると、照明装置200は、基板210、リードパターン212、ソルダレジスト層213、隔壁214、防湿性被覆層215、およびLED220を含む。
基板210は、放熱特性の良い金属基板やFR−4基板または一般PCBを用いることができ、バー形状または折り曲げられた形状で提供されることができる。
基板210上にはリードパターン212が形成されるが、リードパターン212は電気的な特性の良い金属(例えば、銅箔積層板(copper clad laminates))からなり、LED間を電気的に連結する。
ソルダレジスト層213は、PSR(Photo solder resist)層であって、基板の表面の保護および回路パターンの絶縁のために絶縁性インキで塗布され、リードパターン212と基板の表面を保護する。
隔壁214は、LED220の外周面に防湿性被覆層215が溢れない程度の高さを有し、円形または多角形の閉ループで形成される。隔壁214は一例として、シルクスクリーン印刷方式により印刷される。
防湿性被覆層215は、エポキシまたはシリコン樹脂などの防湿性被覆材料で形成され、隔壁の内側にディスペンシング方式により注入されてモールディングされる。このような防湿性被覆層215は、LED220と基板210との間の電気的な特性を有する金属部分に所定の厚みでモールディングされる。
LED220は1つ以上で構成され、基板210上のリードパターン212に表面実装技術(SMT)で各々ボンディングされる。また、LED220は基板210上に少なくとも1つの列および/または行形態で配列でき、リードパターンにより直列または並列で構成されることができる。
また、LED220は必ずしも列や行で配列されなくてもよく、LEDの列および/または行の配列間隔、設置個数およびその形状は内部構造物によって変更することができる。
LED220は、設けられる空間や場所によって白色発光ダイオードだけでなく、赤色、青色または緑色発光ダイオードなどを用いて選択的に構成することができる。
このような照明装置200では、LED220の外周面に隔壁214を形成し、LED220と隔壁214との間に防湿性被覆層215を局所モールディングすることにより、LED220の電気的な特性を有する部分やリードパターン212が外部環境に露出することが防止される。
図3は、照明装置の部分断面図である。
図3を参照すると、基板210上にはプリプレグ(pre-preg)形態の絶縁層211が高温の焼成工程を通じて硬化される。絶縁層211上には電気的に分離されたリードパターン212が形成される。リードパターン212は、絶縁層211上に銅箔積層板(copper clad laminates)を付着した後、その上に感光性のドライフィルムを熱と圧力で密着し、その後、露光、現象、エッチングして希望するパターンに形成されることができる。
基板210は放熱特性の良い金属基板(例:アルミニウム)やFR−4基板などに用いることができる。ここで、FR−4基板を使用する場合、絶縁層211を形成しないで基板上にリードパターンを形成することができる。
リードパターン212および基板上にはソルダレジスト層213が形成され、ソルダレジスト層213上には閉ループ形態の隔壁214が形成される。ここで、ソルダレジスト層213は、LED220の実装のために部分エッチングされてリードパターン212を露出させる。
隔壁214は、防湿性被覆層215が外部に流出できない高さに、シルクスクリーンを用いて形成されることができる。また、隔壁214は、防湿性被覆層215の粘性および塗布量などによってその厚みを決めることができ、円形、多角形など、種々の形態で形成されることができる。
そして、LED220はパッケージ形態で提供され、下部の電極端子216、217が表面実装技術により実装される。このため、リードパターン212にLED220の電極端子216、217を整列し、ソルダ218をディスペンシングした後、リフロー(reflow)という加熱装置を用いて熱を加えると、ソルダ218が熱により溶けて電極端子216、217とリードパターン212とが電気的に接合される。
また、隔壁214とLED220との間には防湿性被覆層215が形成される。防湿性被覆層215は、隔壁の内側のリードパターン212、LED220の電極端子216、217、ソルダ218などに対して外部環境に露出することを遮断してくれる。ここで、防湿性被覆層215は隔壁214より低い高さで形成される。
このような防湿性被覆層215は、防湿性または耐湿性被覆材料としてシリコン系列の樹脂が使われ、そのシリコンをシリンジなどを用いてLED220と隔壁214との間の領域に局所モールディングし、所定の温度でキュア(cure)工程を通じて硬化される。または、防湿性被覆層215はエポキシ樹脂を用いることができる。
防湿性被覆層215は、LED220の電極端子216、217、または電極端子フレームより高くて、隔壁の高さより低い高さでモールディングされるので、外部の湿気によるLEDの電極端子およびそのボンディング部分の損傷が発生しないようにすることができる。
図4は、実施形態に係るLEDの側断面図である。このようなLEDは1つ以上または1種類以上のLEDチップが実装されたパッケージ構造であって、白色または有色光が放出される。
図4を参照すると、LED220は基板221上の反射カップ222にキャビティ(cavity)を形成し、キャビティの底面から基板の外側へ延びる複数個のリードフレーム223、224が形成される。
第1リードフレーム223にはLEDチップ225が導電性ペーストにより接着され、第2リードフレーム224にはLEDチップ225の電極226がワイヤー227により連結される。このような第1および第2リードフレーム223、224は下部がLEDの電極端子216、217として機能することになる。
ここで、LEDチップ225は電極が形成される位置によって垂直型LEDチップまたは水平型LEDチップに区分され、PNまたはNPN、PNP半導体接合により形成されることができる。また、LEDチップ225は、ワイヤーボンディング、フリップチップボンディング、ダイボンディング方式を選択的に用いてリードフレームに実装されることができる。
反射カップ222のキャビティの内部にはモールド部材228が形成されるが、モールド部材228は透明なシリコン、またはエポキシ材料を用いることができ、フラット形態、凹または凸レンズ形態で形成されることができる。また、モールド部材228にはLEDチップ225から発生された光を吸収して他の波長の光を放出する蛍光体を添加することができる。
このようなLEDチップ225から放出された光は、透明なモールド部材228を透過して外部に放出され、一部の光は、キャビティの周面により反射されて外部に放出される。
ここで、防湿性被覆層は、LED220のリードフレーム223、224よりも高い高さでモールディングされることができる。
図5は、第1実施形態に係る照明装置が構造物に装着された例を示す側断面図である。
図5を参照すると、冷蔵庫の内部構造物230に照明装置200が設けられる。このために、内部構造物230の両側には締付ホルダ231が形成され、締付ホルダ231の内側には溝232が形成される。
締付ホルダ231の溝232に照明装置200の基板210の両端が各々結合されることにより、照明装置200が内部構造物230に結合される。
また、照明装置200にはLED220に電流を一定に供給するための部品(すなわち、定電流供給回路、制御回路など)を搭載することができ、上記搭載される部品に対して防湿性被覆層を局所モールディング方式によりモールディングし、電気的な特性を有する部分に湿気の流入を遮断する。
このような第1実施形態では、基板上にLEDを実装し、LEDの光出射領域を除外したLED外側の金属部分に防湿性被覆層をモールディングすることにより、湿気に強い照明装置を提供することができる。
実施形態に係る照明装置200には、前方に拡散板(図示せず)をさらに取り付けることができる。上記拡散板は、LEDから放出された光を全面に拡散させ、光が均一な明るさで内部を照明するようにするためのものである。
(第2実施形態)
図6乃至図8は第2実施形態である。図6は照明装置の平面図であり、図7は照明装置の部分側断面図であり、図8は照明装置が設けられた側断面図である。このような第2実施形態は、説明の便宜のために、第1実施形態と同一の構成要素に対しては重複した説明を省略する。
図6乃至図8は第2実施形態である。図6は照明装置の平面図であり、図7は照明装置の部分側断面図であり、図8は照明装置が設けられた側断面図である。このような第2実施形態は、説明の便宜のために、第1実施形態と同一の構成要素に対しては重複した説明を省略する。
図6を参照すると、照明装置300は、基板310上に1つ以上のLED320が一定間隔を置いて一列に配置された例を示すものである。そして、LED320の外側および基板の表面には防湿性被覆層315がモールディングされるので、LED320の外側の電気的な特性を有する部分、リードパターン、そして、ソルダレジスト層を外部環境から保護することができる。
図7を参照すると、基板310上に銅箔積層板を取り付けてリードパターン312を形成し、リードパターン312が形成された基板310上にソルダレジスト層313を塗布する。基板310はFR−4基板として形成されるので、必ずしも基板上に絶縁層を別途に形成しなくてもよい。
基板310上に形成されたソルダレジスト層313を部分エッチングしてLED320の実装領域を露出させることにより、リードパターン312が部分露出する。上記露出したリードパターン312にはソルダ318を用いた表面実装技術(SMT)によりLED320の電極端子316、317がボンディングされる。
そして、基板上に防湿性被覆層315が形成される。防湿性被覆層315はリードパターン312の露出部分、ソルダレジスト層313、LED320の外側、そしてボンディング部分に所定の厚みで均一にモールディングされる。すなわち、防湿性被覆層315はLED320の光出射領域を除外した基板全体の表面にモールディングされる。
防湿性被覆層315は、防湿性被覆材料としてシリコン材質を利用する。そのシリコンはシリンジなどを利用してLED320の光出射領域を除外した基板の上面の全体に対してモールディングされ、所定の温度でキュア(cure)工程を通じて硬化される。このような防湿性被覆層315は、水気や湿気によりLEDおよびその周辺金属が損傷しないようにカバーする。
図8を参照すると、冷蔵庫の内部構造物330に、1つ以上のLED320が設けられた照明装置300が結合される。このため、内部構造物330の両側に締付ホルダ331を突出させ、締付ホルダ331の内側に溝332を形成する。
締付ホルダ331の溝332には、照明装置300の基板の両側を支持する支持ホルダ333が各々結合され、これによって、構造物330に照明装置300を結合することができる。ここで、支持ホルダ333はポリカーボネート材質の射出成形物で構成することができる。
また、照明装置300には、LED320を基板310上に実装する際、LED320に電流を一定に供給するための部品(すなわち、定電流駆動回路、制御回路)を基板上に実装することができる。この際、実装される部品も全面モールディング方式で電気的な特性を有する部分をモールディングして、湿気の流入を遮断することができる。
一方、実施形態に係る照明装置では、LEDパッケージ形態によって隔壁の高さまたは防湿性被覆層の高さを調節することができる。また、照明装置に局所モールディング方式と全面モールディング方式を混合して使用することができる。
上記のような実施形態の説明において、各層(膜)、領域、パターン、または構成要素が基板、各層(膜)、領域、またはパターンの“上(on)”に、または“下(under)”に形成されると記載される場合、“上(on)”と“下(under)”は、“直接的(directly)”と“間接的(indirectly)”の意味を全て含む。
100 冷蔵庫、 110 冷凍室、 120 冷蔵室、 111、112、113、114、115 照明装置、 130 冷凍室ドア、 131 冷蔵室ドア、 200 照明装置、 210 基板、 212 リードパターン、 213 ソルダレジスト層、 214 隔壁、 215 防湿性被覆層、 220 LED。
Claims (20)
- 基板と、
前記基板上に実装される少なくとも1つの発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの外側に形成された防湿性被覆層と、
を含むことを特徴とするLED照明装置。 - 前記基板は、金属基板またはFR(Frame Retardant)−4基板を含むことを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記発光ダイオードは、少なくとも1つのLEDチップを有し、白色または有色発光するパッケージを含むことを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記防湿性被覆層は、前記基板と発光ダイオードの電気的な接続のための金属部材をカバーすることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記防湿性被覆層は、シリコンまたはエポキシ材料からなることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記防湿性被覆層は、発光ダイオードの外周面に局所モールディングされるかまたは基板の表面に全面モールディングされることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記少なくとも1つの発光ダイオードの外周面に形成された隔壁を含むことを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記隔壁は円形または多角形で形成されることを特徴とする請求項7記載のLED照明装置。
- 前記隔壁は、防湿性被覆層が溢れない高さで形成されることを特徴とする請求項7記載のLED照明装置。
- 前記発光ダイオードは、基板上に少なくとも1つの列および/または行で形成されることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 前記基板は、湿度が高いかまたは密閉された空間の構造物またはホルダに設けられることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 複数個の発光ダイオードが直列または並列に連結されることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
- 基板上に少なくとも1つの発光ダイオードを実装する段階と、
前記発光ダイオードの外側に防湿性被覆層を形成する段階と、
を含むことを特徴とするLED照明装置の製造方法。 - 前記防湿性被覆層は、発光ダイオードの外側の電気的な特性を有する部分に局所モールディングされるかまたは基板の表面に全面モールディングされることを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
- 前記発光ダイオードの外周面に前記防湿性被覆層が溢れない程度の高さで形成された隔壁を含むことを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
- 前記隔壁は、少なくとも1つの発光ダイオードの外周面に円形または多角形で形成されることを特徴とする請求項15記載のLED照明装置の製造方法。
- 前記防湿性被覆層は、シリコンまたはエポキシ樹脂材料からなることを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
- 前記発光ダイオードは、少なくとも1つのLEDチップを有し、白色または有色発光するパッケージを含むことを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
- 複数個の発光ダイオードが直列または並列に連結されることを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
- 前記基板は、湿度が高いかまたは密閉された空間の構造物またはホルダに設けられることを特徴とする請求項13記載のLED照明装置の製造方法。
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